專利名稱：實現核自旋斷層造影中多個自旋集合圖像間的無級過渡的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種核自旋斷層造影(Kemspintomographie，KST，同義語磁共振斷層造影(Magnetresonanztomographie))，它例如在醫學中用于對患者進行檢查。本發明尤其涉及一種用于處理和顯示核自旋斷層造影測量圖像的裝置，以及MR(磁共振)成像方法。
背景技術：
核自旋斷層造影是一種用于醫學診斷的剖面成像方法，它首先具有突出的高對比分辨能力。由于其突出的軟組織顯示特性，核自旋斷層造影已成為一種性能數倍于X光-計算機斷層造影的方法。目前所述核自旋斷層造影基于采用核自旋回波和梯度回波序列，其在數量級為分鐘的測量時間內，可以獲得出色的圖像質量。
尤其是在生物組織中以更高頻率出現的氫原子核使得產生判斷準確的醫學圖像成為可能。但也有一些較重的磁核，如13C，19F，23Na，31P，盡管它們在生物組織中有較低的密度，但仍然是可見的，并且在成像中類似于氫核。在生物組織中出現的最重要的核的諧振頻率及其在相同頻率下、在計算其自然出現時的相應探查靈敏度如圖3所示。
但是人們在研究原子核在不同分子構造中的情況的實驗中注意到，在相同的磁場下，諧振頻率間的區別是非常細微的。其原因是由分子中的電子造成的所謂“化學偏移”。人們用化學偏移來表示這種特性即諧振頻率取決于原子核在其中的化學鍵的類型，其相對于磁場強度成正比地有微小偏移。
在圖4中示出了例如人大腿肌肉在2T時的磷光譜。由于其不同的化學偏移，人們可以區分出三磷酸腺苷(ATP)、磷酸肌酸(PCr)、無機磷酸鹽(Pi)、磷酸二酯(PDE)的代謝物。
特別是在測取氫的諧振頻率時，對患者組織的顯示在邊界層面上會出現在脂肪和水之間的人為影響(Artefakte)，這是由于化學偏移的影響導致的。由于自由的水及脂肪的氫原子核在人體中有很高的密度，故在成像中它們起到主要作用。其相對諧振頻率差Δf為3ppm(百萬分之三)。該Δf導致兩種核的圖像在獲取數據時活躍的梯度方向上(“讀梯度(Lesegradient)”或“頻率編碼梯度(Frequenz-codiergradient)”)有相對偏移。對這種偏移的度量取決于每個像素所用的帶寬，而這又取決于視場和矩陣的大小。
為了簡化用戶在解剖中的定位，因此存在著這樣的要求，即將自旋類型(Spin-Spezies)的信號完全抑制掉或抑制到某一程度。
由于診斷信息主要從水信號中獲得，因此通常抑制掉脂肪信號。脂肪信號的衰落(Einblenden)(或不完全抑制)用于解剖定位(如在矯形外科中)。
在獲取氫原子核的核共振時，通常在顯示水圖像時固定設置脂肪的抑制度。這種標準方法利用水與脂肪間的頻率偏移，發出一個所選擇的窄帶高頻脈沖，該高頻脈沖只探測兩種自旋類型之一(優選為脂肪)，并在橫向面上旋轉角度α≤90°。通過輻射相應的梯度脈沖(Spoiler梯度)可使橫向上的磁化相位完全后移，只使長度上的自旋部分仍然是相關的。在α＝90°時，整個脂肪部分被抑制，因為在輻射高頻脈沖后已沒有長度部分了。
但在上述方法中，在所產生的圖像中由用戶所實施的抑制程度目前只能在拍攝前預先固定設置，并且在測量之后不能變化。
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是提供一種用于處理和顯示核自旋斷層造影測量圖像的設備，通過該設備，使在測量之后對測量圖像中的兩個或多個對比圖像(Kontrastbild)的成分的顯示仍可以改變。
因此建議了一種用于處理和顯示核自旋斷層造影測量圖像的設備，它具有用于至少存儲兩幅同時拍攝的對比圖像的存儲器。因此所述對比圖像例如可以由不同的分別具不同化學偏移的自旋集合獲得。但還可以考慮，由不同的MR圖像(解剖的、血管造影的、或功能的MR圖像)得到對比圖像，即通過兩幅或三幅同一解剖圖像的過渡(Ueberblendung)獲得重疊的圖像。
此外，該設備還包括用于顯示所獲得的對比度的顯示屏以及在該顯示屏上可視的、用于選擇對比度的輸入工具。
按照本發明，通過該輸入工具可以實現在兩幅或三幅所拍攝的對比圖像間的無級過渡。
該輸入工具對于兩幅對比圖像的情況可以是線性滑尺的形式，而對于三幅對比圖像的情況則為三角形調節器的形式。
特別是當對比圖像基于自旋集合時，第一自旋集合為水，而第二自旋集合為脂肪。
在處理設備中同時獲取對比度是通過迪克松方法(Dixon-Verfahren)、或按照標準方法通過抑制另一種自旋集合的信號實現的。
本發明的另一特別具有優點的思想是，用不同的顏色顯示各自旋集合的對比度。
下面將結合附圖及本發明的優選實施方式對本發明的其他優點、特征和特點作進一步的說明，其中圖1為一種核自旋斷層造影設備的示意圖，圖2a示出了一種一維滑尺形式的、用于2-對比度-過渡的輸入工具，圖2b示出了一種三角形調節器形式的、用于3-對比度-過渡的輸入工具，圖2c示出了該三角形調節器的可能的設置，圖3示出了生物組織中出現的最重要的核的諧振頻率及其相應的探查靈敏度，以及圖4示出了人大腿肌肉的磷在2T時的光譜。
具體實施例方式
圖1示出了一種按照本發明的產生物體的核自旋圖像的核自旋斷層造影設備的示意圖。所述核自旋斷層造影設備的構造相應于傳統的斷層造影設備的構造。基礎場磁鐵1產生一個時間上強度不變的磁場，用于將物體(例如對人體的待查部位)的被檢查區域內的核自旋極化或校準。核自旋共振測量所需的基礎場磁鐵的高均勻性被定義在一個球形測量空間M中，待檢查的人體部位將被放入該空間。為了滿足均勻性的要求，特別是消除磁場強度隨時間不變造成的影響，在適當的位置上使用鐵磁材料制成的所謂填隙片(Shim)。磁場強度隨時間變化的影響通過由填隙片電源15控制的填隙片線圈消除。
在基礎場磁鐵1中有一個圓柱形的梯度線圈系統3，它由三個子繞組構成。每個子繞組由放大器14供電，用以在笛卡兒坐標系的當前方向上產生線性梯度場。其中，該梯度場系統3的第一子繞組產生x方向上的梯度GX，第二子繞組產生y方向上的梯度GY，第三子繞組產生z方向上的梯度GZ。每個放大器14都包括一個數字-模擬轉換器DAC，它在序列控制器18的控制下適時產生梯度脈沖。
在該梯度場系統3中有一個高頻天線4，它將由高頻功率放大器30發出的高頻脈沖轉換為交變磁場，用于核激發和待查物體的、或物體的待查部位的核自旋的校準。該高頻天線4還將由精確的核自旋發出的交變場(即通常由一個由一個或多個高頻脈沖構成的脈沖序列和一個或多個梯度脈沖引起的核自旋回波信號)轉換為電壓，該電壓經放大器7引入高頻系統22的高頻接收信道8。該高頻系統22還包括一個發送信道9，在其中產生用于激發核磁共振的高頻脈沖。其中當前高頻脈沖依據由設備計算機20預先給定的脈沖序列在序列控制器18中作為復數序列被數字化地表示。該復數序列分為一個實數部分和一個虛數部分，它們分別經過輸入12引入高頻系統22中的數字-模擬轉換器，并由此引入發送信道9。在發送信道9中，一個高頻載波信號對該脈沖序列加以調制，該載波信號的基頻與測量空間中的核自旋諧振頻率相同。
從發送模式到接收模式的轉換是通過發送-接收預選器6實現的。高頻天線4向測量空間M發送高頻脈沖以激發核自旋，并對產生的回波信號取樣。所獲得的相應核共振信號將在高頻系統22的接收信道8中精確地按相位解調，并通過當前的模擬-數字轉換器轉換為測量信號的實數部分和虛數部分。通過圖像計算機17，可以利用所獲得的測量數據再現圖像。對測量數據、圖像數據、以及控制程序的管理均由設備計算機20實施。序列控制器18依據預先的設定、利用控制程序控制當前所期望的脈沖序列的產生，以及相應的在k空間的取樣。該序列控制器18尤其還對所述梯度的適時通斷、發出具有確定相位和振幅的高頻脈沖、以及核共振信號的接收進行控制。同步器19為該高頻系統22和序列控制器18提供時基。利用終端21可以選擇相應的控制程序以產生核自旋圖像，并顯示所產生的核自旋圖像，終端21包括一個鍵盤以及一個或多個顯示屏。
本發明的發明點在于，分別生成兩幅或三幅對比圖像的核自旋斷層造影圖像。這是通過利用上述方法分別攝像或按照迪克松方法通過2點或多點方法實現的。
當圖像信息(即自旋種類或自旋集合，例如象脂肪和水兩類的對比圖像)分別存儲在圖像計算機17的存儲器25中時，設備計算機20的軟件就可以在顯示區域內逐個像素地、線性無級地將一幅純水圖像過渡為純脂肪圖像和(x)＝脂肪*(1-x)+水*x對于純脂肪圖像x＝0，對純水圖像x＝1，一種均衡為x＝0.5(這里脂肪和水僅是為了理解而舉的例子)。對參數x的控制是通過終端21的輸入接口實現的，如圖2a中所示。對于兩個對比度的過渡，一維滑尺23(圖2a)就足夠了。該滑尺在左端具有100％對比度1，在右端具有100％對比度2，而在中間位置具有相應于連續過渡的50-50的對比度。
如果在存儲器25中存儲同時拍攝的三個自旋類型，則使用三角形調節器24(圖2b)進行三對比度的過渡。三角形的每個角表示100％其所屬的對比度，中間位置為三個對比度的1/3-1/3-1/3；在三角形邊界上、在兩個對比度之間的位置，在三個對比度之中的兩個對比度之間過渡。
在圖2c中示出了，三對比度調節是如何計算轉化的到三角形相對邊的垂線的長度即為各對比度部分的比例。
其中這些部分的總長是這樣規格化的x1+x2+x3＝1該三對比圖像通過以相應的對比度部分對垂線進行加權來獲得x1*對比度1+x2*對比度2+x3*對比度3可以用一個命令(如點擊鼠標或鍵盤)激活對比度的調節，然后將輸入工具的動作置于一維的(對于兩對比度調節)或兩維的(對于三對比度調節)。該輸入工具可以是、但不必須是鼠標。所述動作是對所述位置/對比度指示符的位置經任何形式的“翻譯”后產生的。
理想的情況是，可以動態地從例如純水顯示過渡到純脂肪顯示，或過渡到一種第三類型的顯示。除了一般的灰度顯示外，還可以考慮多種顏色的顯示(如對水用藍度，對脂肪用紅度等)。
值得注意的是，以上描述理想地適于對比圖像由不同的MR圖像、如解剖的、血管造影的、或功能的MR圖像構成的情況。
權利要求
1.一種用于處理和顯示核自旋斷層造影測量圖像的設備，它具有-一個用于存儲至少兩幅對比圖像的存儲器(25)，-一個用于顯示核自旋斷層造影測量圖像的顯示屏(21)，-一個顯示在顯示屏上的輸入工具(23，24或圖2a和2b)，用于選擇所顯示的核自旋斷層造影測量圖像的對比度，-一個處理裝置，用于基于通過所述輸入工具(23，24或圖2a和2b)所選擇的對比度，依據存儲在存儲器(25)中的對比圖像計算出可在顯示屏上顯示的核自旋斷層造影測量圖像。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于，利用所述輸入工具可以無級地選擇在兩幅或三幅對比圖像之間的對比度。
3.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述輸入工具對于兩幅比較圖像是以線性滑尺的(23或圖2a)的形式實現的，該線性滑尺的兩個端點分別相應于一幅純對比圖像。
4.如權利要求1或2所述的設備，其特征在于，所述輸入工具對于三幅比較圖像是以三角形調節器的(24或圖2b)的形式實現的，其中，各端點分別相應于一幅純對比圖像。
5.如上述權利要求所述的設備，其特征在于，所述對比圖像分別基于不同化學偏移的不同自旋集合。
6.如上述權利要求所述的設備，其特征在于，所述對比圖像基于不同類型的MR圖像。
7.如權利要求5所述的設備，其特征在于，第一自旋集合表示水而第二自旋集合表示脂肪。
8.如上述權利要求所述的設備，其特征在于，在所述處理設備中，對于對比圖像的同時計算或者通過迪克松方法(Dixon-Verfahren)實現，或者按照標準方法，通過抑制其它各自旋集合的信號實現。
9.如上述權利要求所述的設備，其特征在于，所述各自旋集合的對比度顯示是以不同顏色實現的。
全文摘要
本發明涉及一種用于處理和顯示核自旋斷層造影測量圖像的設備,通過該設備在同時計算出不同自旋集合的對比圖像,或一個自旋集合的不同MR圖像(解剖的、血管造影的、或功能的)之后,通過一個相應的輸入工具(23,24或圖2a和2b)實現對比圖像的無級過渡。此外,除一般的灰度顯示外,還可以考慮依據不同的自旋集合采用多種顏色顯示。
文檔編號G01R33/54GK1382418SQ02116188
公開日2002年12月4日 申請日期2002年4月23日 優先權日2001年4月23日
發明者索爾斯滕·費韋爾, 彼得·休比斯 申請人:西門子公司